电气综合控制系统课程设计

成都理工大学工程技术学院电气综合控制系统课程设计

院系：自动化工程系

专业：建筑电气与智能化

班级：2013建电1班

学号：

姓名：

同组成员：

指导老师：

完成时间：2015年12月25日

成绩

目录

概述 (1)

一、PLC的分类及特点 (1)

二、PLC的结构与工作原理 (1)

三、S7-200 PLC的硬件组成及指令系统 (2)

四、常用低压电器介绍 (3)

第一部分 (6)

课题一电动机带延时正反转控制实操模拟 (6)

课题二天塔之光控制模拟 (10)

课题三机械手控制模拟 (15)

第二部分 (20)

课题一电动机点动控制 (20)

课题二电动机自锁控制 (22)

课题三两台电动机顺序起、停控制 (24)

课题四三台电动机顺序起动控制 (26)

总结 (28)

概 述

一、PLC 的分类及特点

可编程控制器简称PLC （Programmable Logic Controller ），在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee ）颁布的PLC 标准草案中对PLC 做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。

PLC 的分类：按产地分，可分为日系、欧美、韩台、大陆等；按点数分，可分为大型机、中型机及小型机等；按结构分，可分为整体式和模块式；按功能分，可分为低档、中档、高档三类。

PLC 的特点：1.可靠性高，抗干扰能力强2.配套齐全，功能完善，适用性强3.易学易用，深受工程技术人员欢迎3.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造4.体积小，重量轻，能耗低

二、PLC 的结构与工作原理

PLC 的结构：PLC 的类型繁多，功能和指令系统也不尽相同，但结构与工作原理则大同小异，通常由主机、输入/输出接口、电源、编程器扩展器接口和外部设备接口等几个主要部分组成。其组成框图如图1所示。

图1 整体式PLC 的组成框图

PLC 的工作原理：PLC 是采用“顺序扫描，不断循环”的方式进行工作的。即在PLC 运行时，CPU 根据用户按控制要求编制好并存于用户存储器中的程序，按指令步序号（或地址号）作周期性循环扫描，如无跳转指令，则从第一条指令开始逐条顺序执行用户程序，直至程序结束。然后重新返回第一条指令，开始下一轮新的扫描。在每次扫描过程中，还要完成对输入信号的采样和对输出状态的刷新等工作。

接触器电磁阀指示灯电源

电源

限位开关选择开关按钮

PLC的扫描一个周期必经输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。

PLC在输入采样阶段：首先以扫描方式按顺序将所有暂存在输入锁存器中的输入端子的通断状态或输入数据读入，并将其写入各对应的输入状态寄存器中，即刷新输入。随即关闭输入端口，进入程序执行阶段。

PLC在程序执行阶段：按用户程序指令存放的先后顺序扫描执行每条指令，执行的结果再写入输出状态寄存器中，输出状态寄存器中所有的内容随着程序的执行而改变。

输出刷新阶段：当所有指令执行完毕，输出状态寄存器的通断状态在输出刷新阶段送至输出锁存器中，并通过一定的方式（继电器、晶体管或晶闸管）输出，驱动相应输出设备工作。

三、S7-200 PLC的硬件组成及指令系统

硬件组成：S7-200CPU将一个微处理器、一个集成电源和数字量I/O点集成在一个紧凑的封装中，从而形成了一个功能强大的微型PLC，具体如图2所示：

图2 S7-200 CPU 的外形结构

S7-200CPU模块包括一个中央处理器（CPU）、电源以及I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。

CPU负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。

输入和输出时系统的控制点：输入部分从现场设备中（例如传感器或开关）采集信号，输出部分则控制泵、电机、指示灯以及工业过程中的其他设备。

电源向CPU及所连接的任何模块提供电力支持。

通信端口用于连接CPU与上位机或其他工业设备。

状态信号灯显示了CPU工作模式，本机I/O的当前状态，以及检查出的系统错误。

指令系统：

1）标准触点指令

2）串联电路块的并联连接指令OLD

3）并联电路的串联连接指令ALD

4）输出指令

5）置位与复位指令S、R

6）跳变触点EU,ED

7）空操作指令NOP

8）程序结束指令END

四、常用低压电器介绍

4.1 继电器

继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。它是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1）扩大控制范围 2）放大3）综合信号4）自动、遥控、监测。

图3为时间继电器，它的主要功能

是作为简单程序控制中的一种执行器

件，当它接受了启动信号后开始计时，

计时结束后它的工作触头进行开或合的

动作，从而推动后续的电路工作。一般

来说，时间继电器的延时性能在设计的

范围内是可以调节的，从而方便调整它

的延时时间长短。单凭一只时间继电器

恐怕不能做到开始延时闭合，闭合一段

时间后，再断开，先实现延时闭合后延

时断开，但总体上说，通过配置一定数

量的时间继电器和中间继电器都是可以

做到的。

图3 时间继电器

图4为热过载继电器，热继电

器是用于电动机或其它电气设备、电

气线路的过载保护的保护电器。

热继电器的动作时间与过载电流的

大小按反时限关系变化〔而作为电动

机过载保护的热继电器，必须保证电

动机的正常起动和运行不受影响，并

能最大限度的发挥电动机的承载能

力，因此热继电器的动作特性曲线应

位于电动机的允许发热特性曲图 4 热过载继电器线的下方，且又接近于它）。当它接入主电路内，流过与电动机相同电流，当电动机过载达到一定程度时，热元件被加热达到一定弯曲程度，推动热继电器动作结构。